基于单片机的车辆防盗报警系统的设计本科论文.doc

题 目 基于单片机的车辆防盗报警系统的设计
学生姓名 学号
所在学院 物 电 学 院
专业班级 通 信 工 程
指导教师 __
完成地点 博远楼A1103
2016 年 6月 5 日
陕西理工学院本科毕业设计任务书
院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信工程(通信1202) 学生姓名
一、毕业设计题目 基于单片机的车辆防盗报警系统的设计
二、毕业设计工作自 2015 年 12 月 22 日 起至 2016 年 6 月 18 日止
三、毕业设计进行地点: 博远楼A1103
四、毕业设计应完成内容及相关要求：
随着我国社会主义市场经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，购买车辆的用户越来越多。与此同时，盗窃汽车犯罪率每年以惊人的速度不断飙升，车辆防盗产品已经成为必不可少的装备。传统的汽车报警系统存在很多问题，如：作用距离短、报警器产生的噪声污染环境、且误报现象经常发生。基于单片机和GPS 全球定位系统的汽车防盗报警器入网成本高，不适宜中、低档车，不易普及。因此有必要研制一种新的功能强、价格相对便宜的远程遥控和定位的汽车报警器，来解决上述各种问题。
随着技术的不断进步，人们对汽车防盗器的要求也越来越高。为了满足人们的需求因此我们未来需要的汽车防盗系统需要具备以下几个特点：多功能化；网络化；便捷化。多功能化就是在同一辆车上使用两种或两种以上的防盗技术，从而增加窃贼的盗窃难度、延长其作案时间，最终迫使窃贼放弃。如超音波传讯锁属于机械式防盗器和电子防盗器的组合。方向盘锁利用钢制材质制造不易锯断，感应器采用超音波感应与震动感应，在收到异常状态的第一时间就呼叫车主。
五、毕业设计应收集资料及参考文献：
1、应收集与课题相关文献12篇（其中包括一篇英文文献），文献的发表年限应为2010年至2016年；2、除了文献之外，所参考的书目不能超过3篇；3、所有的参考资料要留存电子版，在交论文时一并打包交予指导教师。
六、毕业设计的进度安排：
1、必须查阅大量资料（包括一定数量的外文资料），了解课题的研究背景、意义，熟悉设计中要用到的相关电路知识；完成开题报告；并完成一篇外文文献的全文翻译工作；（1月1日－3月18日）2、进行系统的概要设计；（3月19日－4月10日）3、熟悉设计软件，并提交中期报告；（4月10日－4月20日）4、系统的设计与实现；准备作品的验收；完成论文第一稿；（4月21日－5月10日）5、根据要求对对论文及作品进行完善，完成论文第二稿；（5月11日－5月20日）6、制作答辩PPT，准备答辩材料，准备答辩，并完成后续工作；（5月21日－6月10日）7、必须定期与指导老师见面，汇报进展情况，按时完成论文的撰写工作。
指导教师签名 专业负责人签名
学院领导签名 批准日期 2016-01-10

基于单片机的车辆防盗报警系统的设计

（陕西理工学院 物理与电信工程学院 通信工程专业1202班，陕西 汉中 723003）
指导教师：
[摘要] 本文详细阐述了基于STC89C51单片机的GSM汽车报警系统的硬件和软件设计。该报警系统利用STC89系列单片机优良的性价比,使用支持GSM的SIM900A专用通信模块,具有远距离、无噪声污染和双向控制等特点,避免了现有普通报警器报警距离短、对环境产生噪音污染以及GPS报警器入网成本高,监控范围小,稳定性差等缺点。该报警系统可有效应用于各类机动车防盗报警。
[关键词] 车辆报警系统;GSM;STC89C51;SIM900A

The design of vehicle burglar alarm system based on MCU

(Grade 2012,Class 02,Major in Communication Engineering,School of Physics and Telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi)
Tutor:
Abstract:In this paper discrible a new design mobile alarming unit system based on GSM is introduced. The new alarming system uses STC89C51 series chips which provide high cost - performance , and SIM900A communication unit which supports GSM. It possesses the properties such as long distance available ,no noise pollution ,and bilateral controlling ,avoiding the disadvantages such as short distance ,pollution ,noise of the common alarming system and high cost onnet ,small domain supervision ,low stability of GPS alarming system. It can be applied to all sorts of vehicles.
Keywords:Vehicle alarming system;GSM;STC89C51;SIM900A

目 录
1 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2课题相关领域研究现状 1
1.3 研究的意义 2
1.4 本课题的拟定方法及思路 2
2方案论证 2
2.1方案一 2
2.2方案二 2
3方案设计 2
3.1设计思路 2
3.2总体设计 3
4传感器的选用 3
4.1传感器的选择 3
4.1.1传感器结构 3
4.1.2接收原理 4
4.2传感器的工作原理 4
5 AT89C51单片机 5
5.1 AT89C51单片机结构 5
5.2管脚说明 8
5.3主要特性 9
5.3.1振荡器特性 9
5.3.2单片机的工作过程和工作方式 9
6 GSM 模块 12
6.1模块选择 GSM 12
6.2 SIM900A 12
6.2.1 SIM900A的主要特性 12
6.2.2编码格式 12
6.2.3 SIM900A功能图 13
6.2.4 主要参数 13
6.2.5 SIM900A工作通信方法 13
6.3 SIM900A的操作测试 13
7系统硬件设计 15
7.1组成模块 15
7.2复位电路图设计 15
7.3 LED电路设计 16
7.4声音报警电路设计 16
7.5系统仿真设计 17
8系统软件设计 18
8.1软件程序设计 18
8.2部分电路图仿真 18
结束语 20
致 谢 21
附录A英文文献原文 23
附录B英文文献译文 28
附录C实物图 32
附录D元器件清单 33
附录E源程序 34

III

陕西理工学院毕业设计
1 绪论
1.1研究背景
近年来，随着科技的不断进步，电子科技的不断发展.人民生活不断提高。自行车、电动自行车、摩托车、汽车和科技产品几乎家家都有。因此这些贵重物品的安全也成了一种问题。主要就是人们的防盗意识还不够强，造成盗窃频繁发生。因此，越来越多的家庭开始对财产安全问题变的担忧，人类便发明了防盗器[1]。随着我国改革开放的快速发展和人们生活水准的不断提高，购买车辆的家庭越来越多。与此同时，盗窃汽车犯罪率每年以惊人的速度不断上升，车辆防盗产品已经成为车辆防盗必不可少的装备。传统的汽车报警系统存在诸多问题，如：作用距离短、报警器产生的噪声污染环境、且误报现象经常发生。基于GPS 全球定位系统的汽车防盗报警器入网成本高，不适宜普通家庭使用，不易普及[2]。所以我们就有必要研制一种新的汽车报警器，来解决价格昂贵、功能不足等各种问题。社会主义经济的不断发展，促使人们生活水平大幅度的提高，对个人私有财产的保护也在不断的增强，因此对防盗措施提出了新的需要。所以本设计就是为了满足当今社会车辆防盗的需要而设计的防盗报警系统。防盗报警器的发展前景与趋势随着社会的发展，农村城镇一体化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“安全防范问题就显得尤为重要[3]。传统的机械式车辆防盗在实际使用中暴露出一些明显的问题，所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并越来越受到广泛的重视和运用。防盗报警系统是采用物理方法或者电子技术，自动检测危险信息并产生报警信息。防盗报警系统是预防盗窃预防抢劫等意外事件的重要措施，报警系统通常采用三部分组成[4]。
随着技术的不断进步，人们对汽车防盗器的要求也越来越高。为了满足人们的需求因此我们未来需要的汽车防盗系统需要具备以下几个特点：多功能化；网络化；便捷化。多功能化就是在同一辆车上使用两种或两种以上的防盗技术，从而增加窃贼的盗窃难度、延长其作案时间，最终迫使窃贼放弃。如超音波传讯锁属于机械式防盗器和电子防盗器的组合[5]。方向盘锁利用钢制材质制造不易锯断，感应器采用震动感应，在收到异常状态的第一时间就呼叫车主。中国的经济蓬勃发展和人们的生活水平的提高，但是汽车的安全也给人们提出了一个大难题一一车辆被盗[6]。目前各种车辆防盗产品层出不穷，但是汽车防盗问题依旧没有完全解决。本文研究的是基于单片机的汽车防盗报警系统，解决了传统汽车报警系统防盗的单一形式，报警范围小，容易产生错报等问题。低投入、高效率的特性将带动一个新技术的产生和应用。故研究汽车防盗报警系统具有广阔的市场前景和较好的实用价值。
早期的车辆门锁是机械式门锁，仅仅用于汽车行驶时防止车门自动打开而发生意外，只起到行驶安全作用，没有防盗作用。随着社会的进步、科学技术的发展和汽车保有量的不断增加，后来制造的车辆都上装了带钥匙的门锁。这种门锁只可以控制一个车门，其他车门是靠车内门上的门锁按钮进行开启或锁止。尽管如此，车辆被盗的事件还是经常发生，为了车辆能更好的发挥防盗作用，保证汽车的安全[7]，我选择了对基于51单片机的汽车防盗报警系统设计进行研究。本次设计就是采用单片机、GSM和震动模块组成的车辆防盗报警器系统。就是基于51单片机及GSM短信模块的车辆防盗报警系统，研究意义重大。
1.2课题相关领域研究现状
汽车的防盗报警具有广阔的前景和市场，现今社会出现了许多不同类型的产品。虽然产品的结构和特点各不相同，但概括来讲，我国现有的汽车防盗装置主要包括机械式防盗装置、电子防盗报警装置、芯片式防盗装置、网络式防盗系统和其它防盗系统等等。它是比较普遍的汽车防盗装置，主要是利用简单的机械式原理锁住汽车上的某一部分，使其不能达到应有的效果，以达到防盗的目的。电子防盗报警装置。随着电子技术在汽车上的应用，各种电子防盗报警器应运而生。它克服了机械锁只能防盗不能报警的缺点，主要靠锁定点火或起动来达到防盗的目的，同时具有声音报警等功能。芯片式防盗装置。它通过锁住汽车马达、电路和油路达到防盗目的，若没有芯片钥匙便无法起动车辆。数字化的密码重码率极低，而且要用密码钥匙接触车上的密码锁才能开锁，杜绝了被扫描的可能[8]。
我国防盗报警领域经过多年发展，取得一定的科技成果。但产业整体水平与国外先进水平相比差距较大，关键共性技术缺乏，产学研用结合不紧密，企业创新能力不足，致使产业化和市场推广应用问题未能得到很好的解决。
1.3 研究的意义
单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正快速的取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。这种单片机的使用领域已十分广泛。彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中[9]。单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。在这个高科技的时代，通过这一课题的研究，我会对新型51单片机的工作原理与作用有更加深刻的了解。对我以后的生活学习工作都会有不少的帮助作用。
1.4 本课题的拟定方法及思路
本系统主要由单片机和GSM短信模块组成，借用可靠、成熟的GSM移动网络，以中文短消息，直接把警报消息通过短信反映到您的手机上。
(1)该设计有硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。
(2)本震动防盗报警系统由震动传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。
(3)系统可实现功能。当人外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，设置在监测点上的震动传感器变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至STC89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。
本系统以GSM网络作为远程信号的传输平台，由单片机、震动传感器、GSM模块、GSM网络、用户手机(或监控中心)等组成。使用震动传感器探测报警信号，当震动传感器检测到信号时，单片机通过向GSM模块发送AT指令控制GSM模块发送报警短信或拨打报警电话，实现了一种网络覆盖范围广、灵活性高的车载无线防盗报警系统，对汽车进行24小时无距离全方位监控。
2方案论证
2.1方案一
选用震动报警器，它主要采用单片机最小系统和震动模块，它的主要特点稳定报警，和普通报警器一样，当有人接触或者收到碰触是发出警报声，车主在一定范围内能发现有异常情况，起到很好的报警效果，缺点就是在环境影响变换下容易产生误报，影响车主区分情况。
2.2方案二
选用基于GSM模块、单片机、震动报警器。主要由GSM，单片机最小系统，震动模块组成。主要特点是能够准确及时发出警报并第一时间通知车主，能够弥补普通报警器的通用缺陷。简单容易安装更好的体现了它的使用价值和领域应用广泛。
以上两种方案相比较选用方案二。
3方案设计
3.1设计思路
系统本课题研究设计了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。当有检测到震动时输出高电平变为低电平，此时低电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动报警电路开始报警，并且串口控制GSM模块发送短信报警。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活，且安装方便、智能性高、误报率低，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警和显示等模块子函数。电路结构做成可划分为：蜂鸣器电路、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地显示、本地报警等功能。
就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、I/O设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试等几个阶段。
3.2总体设计
本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为震动模块、键盘控制、报警电路、GSM模块。电路结构可划分为：震动传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路、GSM模块电路及相关的控制组成。
对于本设计的核心部分，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。
从设计的要求来分析该设计须包括以下结构：震动电路、报警电路、单片机最小系统、复位电路及GSM电路组成，它们之间的总体设计框图如图3.1所示。
STC89
C51
复位电路
信号检测电路
报警执行电路
LED发光显示
比较
限流电阻
驱动
GSM短信发送

图3.1总体设计框图
处理器采用51系列单片机STC89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。有震动的时候单片机会接到一个低电平，在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路并推动报警设备完成，同时通过串口控制GSM模块发送短信到指定手机。
4传感器的选用
4.1传感器的选择
根据课题需要假设盗贼触碰车辆，通过砸碎玻璃进行盗车。所以选用震动传感器。
4.1.1传感器结构
机械震动传感器结构如图4.1所示。

图4.1 震动传感器
4.1.2接收原理
1）相对式机械接收原理
由于机械运动是物质运动的最简单的形式，因此人们最先想到的是用机械方法测量振动，从而制造出了机械式测振仪（如盖格尔测振仪等）。传感器的机械接收原理就是建立在此基础上的。相对式测振仪的工作接收原理是在测量时，把仪器固定在不动的支架上，使触杆与被测物体的振动方向一致，并借弹簧的弹性力与被测物体表面相接触，当物体振动时，触杆就跟随它一起运动，并推动记录笔杆在移动的纸带上描绘出振动物体的位移随时间的变化曲线，根据这个记录曲线可以计算出位移的大小及频率等参数[10]。
由此可知，相对式机械接收部分所测得的结果是被测物体相对于参考体的相对振动，只有当参考体绝对不动时，才能测得被测物体的绝对振动。这样，就发生一个问题，当需要测的是绝对振动，但又找不到不动的参考点时，这类仪器就无用武之地。例如：在行驶的内燃机车上测试内燃机车的振动，在地震时测量地面及楼房的振动等等，都不存在一个不动的参考点[4]。在这种情况下，我们必须用另一种测量方式的测振仪进行测量，即利用惯性式测振仪。
2）惯性式机械接收原理
惯性式机械测振仪测振时，是将测振仪直接固定在被测振动物体的测点上，当传感器外壳随被测振动物体运动时，由弹性支承的惯性质量块将与外壳发生相对运动，则装在质量块上的记录笔就可记录下质量元件与外壳的相对振动位移幅值，然后利用惯性质量块与外壳的相对振动位移的关系式，即可求出被测物体的绝对振动位移波形[11]。
4.2传感器的工作原理
应变式压力传感器的敏感元件为一个圆形的金属膜片，当有力作用到上面的时候，它会产生应变，应变有切向应变和径向应变。在中心处，两者同事到达最大正值；在边缘处，径向应变有最大负值，切向应变为零。应变式压力传感器就是在两个最大正值和两个最大负值处分别贴上四个应变片，组成全桥电路来测量压力。这种贴片式应变压力传感器结构简单，精度不高，全桥电路却能起到温度补偿作用。传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化[12]。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。
精度高的应变压力传感器应变片都采用薄膜式结构。这种薄膜结构能保证四个电阻阻值有较好的一致性，电桥的零点也可以达到对称，它同时还具有量程大、灵敏度高、成本便宜等优点。
由欧姆定律知，对于长为L、截面积为A、电阻率为 ρ的导体，其电阻
　　　　　　　　　　 R=ρ （4.1）
若L、A和 ρ均发生变化，则其电阻也变化，对上式全微分，有
　　 （4.2）
设半径为r的圆导体， ,代入上式，电阻的相对变化为
因为　　　　　 （4.3）　 　　　　 则 （4.4）
式中 ε——导体的纵向应变。其数值一般很小，常以微应变 με度量，
1 με=10－6 ε； （4.5）
V—— 材料泊桑比，一般金属V=0.3-0.5；
λ —— 压阻系数，与材质有关；
E —— 材料的弹性模量。
上式中， (1+2v)ε表示几何尺寸变化而引起电阻的相对变化量；
λEε表示由于材料电阻率的变化而引起电阻的相对变化量。不同属性的导体，这两项所占的比例相差很大。
若定义导体产生单位纵向应变时，电阻值相对变化量为导体的灵敏度系数，则
　　　　　　　　　 （4.6）
显然，SS愈大，单位纵向应变引起的电阻值相对变化愈大，说明应变片愈灵敏。可用不同的导体材料制成应变片，目前主要有金属电阻应变片和半导体应变片两类。本文仅分析金属电阻应变片。
对于金属电阻应变片，材料电阻率随应变产生的变化很小，可忽略，得：
（4.7）
电阻丝应变片又称金属丝电阻应变片,其优 点是制作方便,应变横向效应大.选用应变片时，要考虑应变片的性能参数，主要有：应变片的电阻值、灵敏度、允许电流和应变极限等。市售金属电阻应变片的电阻值已趋于标准化，主要规格有60Ω、120Ω、350Ω、600Ω和1000Ω等，其中120Ω用得最多。应变片产品包装上标明的"标称灵敏系数"，出厂时测定的该批产品的平均灵敏度系数值。
5 AT89C51单片机
5.1 AT89C51单片机结构
AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
此外，AT89C51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三 种封装形式，以适应不同产品的需求[13]。
AT89C51单片机的基本组成功能方块图如图5.1所示。由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分。

图5.1 AT89C51 功能方块图
1)中央处理器（CPU）
中央处理器是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，具有运算和控制功能。AT89C51的CPU是一个字长为8位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。
2)数据存储器（内部RAM）
芯片中共有256B的RAM单元，但其中后128个单元（80H-0FFH）被专用寄存器占用，能作为寄存器提供用户使用的只是前128个单元（00-7FH），用于存放可读写的数据。因此常说的内部数据存储器是指前128个单元，简称内部RAM。
3)程序存储器（内部ROM）
芯片内部有4 KB的掩膜ROM，可用于存放程序、原始数据和表格等，因此称为程序存储器，简称内部ROM。
4)定时器/计数器
出于控制应用的需要，芯片内部共有两个16位的定时器/计数器以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。
5)并行I/O 口
AT89C51共有4 个8 位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以实现数据的并行输入/输出。
6)串行口
AT89C51有1 个全双工的可编程串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可以作为全双工异步通信收发器使用，也可以作为同步移位寄存器使用。
7)中断控制系统
AT89C51 的中断系统功能较强，可以满足一般控制应用的需要。它共有5 个中断源：2 个外部中断源/INTO和/INT1 ；3 个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断。
8)时钟电路
AT89C51 单片机芯片内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需要外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，系统允许的最高晶振频率为12MHz。
9)内部总线
上述部件只有通过内部总线将其连接起来才能构成一个完整的单片机系统。总线在图中以带箭头的空心线表示。系统的地址信号、数据信号和控制信号分别通过系统的三大总线—地址总线、数据总线和控制总线进行传送，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。
由上所述，AT89C51虽然是一块芯片，但它包括了构成计算机的基本部件，因此可以说它是一台简单的计算机。AT89C51 较详细的内部结构如图5.2所示。

图 5.2 AT89C51 内部结构框图
5.2管脚说明
AT89C51是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装（DIP）形式，引脚图如图5.3所示。AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。

图5.3 AT89C51引脚图
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3口管脚 备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效[14]。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
5.3主要特性
·4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年
·全静态工作：0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
5.3.1振荡器特性
1）XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
2）芯片擦除
整个EPROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
5.3.2单片机的工作过程和工作方式
单片机工作过程遵循现代计算机的工作原理（冯·诺依曼原理），即程序存储和程序控制。存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据, 通过一定的方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机能自动地逐一取出程序中的指令，加以分析并执行规定的操作[15]。
单片机的工作方式有：复位、程序执行、掉电保护和低功耗、编程、校验与加密等方式。
1) 复位方式
通过某种方式, 使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。复位方式是单片机的初始化操作。单片机除了正常的初始化外，当程序运行出错或由于操作错误而使系统处于死循环时，也需要按复位键重启机器。MCS—51单片机复位后, 程序计数器PC和特殊功能寄存器复位的状态如图4.4所示。 复位不影响片内RAM存放的内容, 而ALE在复位期间将输出高电平。由图5.4 可以看出，复位后：
1)（PC）=0000H 表示复位后程序的入口地址为0000H，即单片机复位后从0000H单元开始执行程序；
2)（PSW）=00H， 其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示复位后单片机选择工作寄存器0组；
3)（SP）=07H 表示复位后堆栈在片内RAM的08H单元处建立；
4) P0口～P3口锁存器为全1状态，说明复位后这些并行接口可以直接作输入口，无须向端口写1。
定时器/计数器、串行口、中断系统等特殊功能寄存器复位后的状态对各功能部件工作状态的影响。

图 5.4 PC与SFR复位状态表
单片机在时钟电路工作以后, 在RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。
复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位以及“看门狗”复位三种类型。前两种见 图5.5所示。 “看门狗”电路则是一种集成有单片机的电源监测、按键复位以及对程序运行进行监控，防止程序“跑飞”而出现死机而设计的电路。

图5.5 （a）上电复位电路; （b）上电/外部复位电路
2) 程序执行方式
程序执行方式是单片机的基本工作方式。由于复位后PC=0000H，因此程序执行总是从地址0000H开始，为此就得在0000H处开始的存储单元安放一条无条件转移指令，以便跳转到实际程序的入口去执行。
3)待机方式
待机方式也称空闲方式，是一种节电工作方式。在待机工作方式中，振荡器保持工作，时钟脉冲继续输出到中断、串行口、定时器等功能部件，使它们继续工作，但时钟脉冲不